有一天，我的老板讓我和他一起在會(huì)議室會(huì)見(jiàn)一些來(lái)自公共交通汽車制造商的人。他說(shuō)他們的其中一個(gè)供應(yīng)商的產(chǎn)品有問(wèn)題，并請(qǐng)求我們提供幫助。
我們會(huì)見(jiàn)了地鐵車廂制造商的項(xiàng)目經(jīng)理和他們的供應(yīng)商之一的工程師。該產(chǎn)品是一種安裝在地鐵車廂上的新型紅色尾燈。與它的名字相反，尾燈安裝在車廂的兩端，因?yàn)榇蠖鄶?shù)地鐵車廂都是雙向交替運(yùn)行的。問(wèn)題是燈工作正常幾次然后失敗。
燈組件包含 LED 和為其供電的電子電源。他們向我們展示了示意圖，其中的一部分在這里：
輸入電源為 74 伏直流電，由電池供電。該裝置是一個(gè)非隔離式 DC 到 DC 降壓反激式轉(zhuǎn)換器，可為內(nèi)置 LED 供電。它使用一個(gè)控制器 IC U1，帶有一個(gè)單獨(dú)的功率 MOSFET，我的原理圖中沒(méi)有顯示 MOSFET。MOSFET 切換變壓器電感 T1 的初級(jí)。變壓器上有兩個(gè)次級(jí)繞組。主繞組連接到整流器、D2 和濾波器(未顯示)，然后連接到 LED(未顯示)。輔助繞組經(jīng)D2整流，C1濾波。然后它為控制器 IC 供電。主要負(fù)載是串聯(lián)并聯(lián)排列的紅色 LED，功耗約為 15 瓦。
控制器不能直接由電池供電，因?yàn)殡妷焊哂?IC 最大供電值。此外，由于它向 MOSFET 發(fā)送柵極信號(hào)，它的供電電壓不能超過(guò) 20 V，否則會(huì)損壞 MOSFET。
尾燈設(shè)計(jì)人員認(rèn)為，如果他們通過(guò)串聯(lián)電阻分流齊納電路將 U1 的 Vcc 引腳連接到電源，則為 IC 供電的功率損失將超過(guò) 2 瓦，這將使總效率降低約 15%。
所以他們決定使用一個(gè)啟動(dòng)電路來(lái)為 IC 供電，一旦轉(zhuǎn)換器運(yùn)行，IC 將由轉(zhuǎn)換器的輸出供電。他們還需要關(guān)閉該啟動(dòng)電路。他們使用串聯(lián)電阻 R2 連接到小信號(hào)高壓 BJT Q1 的集電極，具有足夠的電壓和電流額定值。晶體管Q1 的發(fā)射極連接到 IC 電源引腳網(wǎng)絡(luò)，與第二個(gè)次級(jí)繞組供電相同。Q1 的基極連接到齊納二極管 D1，由輸入電源的高阻值電阻 R1 偏置。一旦轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)并運(yùn)行，輔助繞組電壓由 D2 整流并由 C1 濾波。Vcc 增加至高于 D1 電壓并使 Q1 的基極-發(fā)射極結(jié)偏置關(guān)閉。這會(huì)切斷電流并使啟動(dòng)電路損耗幾乎為零。
問(wèn)題是 Q1 反復(fù)失敗。轉(zhuǎn)換器快速啟動(dòng)，設(shè)計(jì)師向我保證沒(méi)有任何部件過(guò)熱。
我立即看到了問(wèn)題的根源，但我閉上了嘴。如果我現(xiàn)在告訴他們解決方案，他們會(huì)收拾東西，不為我們的專業(yè)知識(shí)付錢(qián)，認(rèn)為我們花的時(shí)間不值得紙上的工作來(lái)付錢(qián)給我們。我的老板說(shuō)我們會(huì)盡快處理。他們給我們留下了一個(gè)工作單元和示意圖。
他們一離開(kāi)大樓，我就和我的老板談話。設(shè)計(jì)啟動(dòng)電路是一系列折衷方案：選擇高于 IC 最小工作電壓的齊納值，計(jì)算變壓器的匝數(shù)以產(chǎn)生高于齊納的電壓但不要太高，否則會(huì)損壞MOSFET。更糟糕的是，轉(zhuǎn)換器正在調(diào)節(jié)主輸出電流而不是輔助輸出電壓，并且必須在從最小電池電壓到最大電池電壓的整個(gè)范圍內(nèi)運(yùn)行。
如果輔助繞組的工作電壓遠(yuǎn)高于齊納電壓，Q1 的反向偏置基極-發(fā)射極結(jié)會(huì)擊穿并破壞晶體管。MPSA42 的最大 Vebo 通常為 6.0 V，這是一種類似于 Q1 的晶體管，并且是許多 BJT 的典型特征 [1]。如果發(fā)射極-基極結(jié)反向電流水平較低，則該結(jié)表現(xiàn)為齊納二極管。電流越大，持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，當(dāng)恢復(fù)正常運(yùn)行時(shí)，β 值就會(huì)下降，噪聲會(huì)增加。如果反向電流過(guò)大，則晶體管會(huì)失效 [2] [3]，這就是該產(chǎn)品中 Q1 失效的原因。
我告訴老板解決方法很簡(jiǎn)單，在 Q1 的發(fā)射極和控制器 Vcc 引腳之間添加一個(gè)串聯(lián)二極管 D3，參見(jiàn)修改后的原理圖：
他同意我的看法。我修改單位。在整個(gè)電池電壓范圍內(nèi)，我通過(guò)開(kāi)關(guān)循環(huán)對(duì)其進(jìn)行了多次測(cè)試，并且該裝置運(yùn)行良好。
第二天晚些時(shí)候，我的老板打電話給我們的客戶說(shuō)我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題并為他提供了一個(gè)簡(jiǎn)單且低成本的解決方案。一周后，我們的客戶通知我們，制造商已經(jīng)確認(rèn)了我們對(duì)問(wèn)題的解決方案，他們都對(duì)我們的工作非常滿意。
吸取的教訓(xùn)是：
1- 謹(jǐn)防 BJT 的基極-發(fā)射極結(jié)反向偏置，2- 執(zhí)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)審查并使用項(xiàng)目列表進(jìn)行檢查，這里的列表是一個(gè)好的開(kāi)始 [4]，3- 在給客戶答案之前三思而后行，總要牽扯到錢(qián)，你的老板用客戶的錢(qián)付你的薪水，千萬(wàn)不要把錢(qián)送出去，最重要的是 4-永遠(yuǎn)不要讓客戶看起來(lái)像個(gè)傻瓜。
